JPH01164052A - マイクロ波パツケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （７）技術分野 この発明は、衛星通信等に用いられるマイクロ波集積回
路用のパッケージに関する。　　　′（イ）従来技術 マイクロ波はｌ　ＧＨｚ〜１０００　ＧＨｚの高い周波
数を持つので、マイクロ波を取り扱う電子回路を集積化
する事は難しい。そこで、マイクロ波を扱うＦＥＴなど
をパッケージに収容する場合、第３図に示すような金属
パッケージに、多数のチップ部品とともに取りつけてい
た。

金属パッケージ３１には、いくつかの信号線用端子３２
と、電源線用端子３３が取付けられている。

パッケージ３１には、数多くのチップコンデンサ３４と
、チップ抵抗３５がダイボンドされている。また、　Ｆ
ＥＴチップ３６もグイボンドされている。これらは、も
ともと分離されたチップ部品であるので、ボンディング
ワイヤ３７によって電気的に接続される。

このような金属パッケージは、既に実績があり、信頼性
も高い。

しかしながら、パッケージ面に数多くのチップ部品をダ
イボンドしなければならない。取付部品が多く、取付工
数も多大である。

マイクロ波回路は周波数が高いので、電源線からノイズ
が入りやすい。これを防ぐため、電源・グランド間には
、コンデンサを挾むことが多い。

このため、電源数が多い場合、コンデンサの数も多くな
ってしまう。

金属パッケージの面は金属であってここはグランド面で
あるから、この上に誘電体薄膜と、電極とを蒸着すれば
コンデンサを作ることができるようにみえる。

しかしそうではない。パッケージの上面は、微細に見れ
ば表面の凹凸が激しくて、誘電体薄膜の厚み以上の粗さ
である。このため、薄膜を一様につける事ができない。

厚くすると短絡しないようにできるが、そうすると容量
が小さくなりすぎる。

このようなわけで、やむを得ず、個々のチップコンデン
サを多数グイボンドしている。

この点を改善するため、第４図に示すようなセラミック
パッケージの中に、高純度アルミナ板を置くようなパッ
ケージが提案されている。

これは提案されているだけで実際に作られていない。

正方形状のセラミック基板４１の上に、セラミック枠４
２がある。セラミック基板４１の中央のキャビティ４３
に、高純度アルミナ板４４が接着されている。

セラミック基板４１の上には、電源・グランド用のメタ
ライズ配線４５と、信号用導体パターン４６とが印刷法
、蒸着法などによって形成される。

中央の高純度アルミナ板４４には、適数のチップコンデ
ンサ４８がダイボンドされる。高純度アルミナ板４４に
は、信号用導体パターン５０が印刷法などで予め設けら
れる。また薄膜抵抗５１も予め蒸着法、スパッタリング
法などで形成しておくことができる。

ひとつ、あるいは２つ以上のＦＥＴチップ４９が高純度
アルミナ板４４の上にボンドされる。

セラミック基板４１のメタライズ配線には、リードフレ
ーム４７がろう付けされている。

高純度アルミナは、金属パッケージの表面に比べて、格
段に平坦であり、しかも絶縁物である。

このため、導体パターン５０などをメタライズ配線によ
って形成できる。また、チップ抵抗のかわりに、薄膜抵
抗を直接形成できるので、ダイボンドの手数が減る。

ところが、高純度アルミナ板を用いても、この上＆て金
属−誘電体−金属よりなるコンデンサ（ＭＩＭ型コンデ
ンサという）を作る事は困難である。

誘電体の厚さは数μｍでなければならないが、高純度ア
ルミナの上へ金属を蒸着、又はスパッタリングすると、
どうしても凹凸ができる。この上へ薄い誘電体を形成す
る事は難しい。薄いと容量を高くできるはずであるが、
実際には誘電体の上下の金属層が短絡してしまう。

結局、コンデンサについては必要な数のチップコンデン
サを接合しなければならない。

薄膜コンデンサは、金属板の上に作られた事がない。平
坦といっても金属面は凹凸が大きいからである。

Ｓｉウェハ、　ＧａＡｓウェハの上に薄膜コンデンサが
作られた事はある。この場合、誘電体として用いられる
ものは、　Ｓｉ８％５ｉ０２などの薄膜であった。

また、必要数の多い電源のパイパスコンデイサは、導体
パターンと、グランド電位となる金属基板の間に形成し
なければならないが、このためスルーホールが必要であ
るという問題点があった。

Ｃリ　　目　　　　　的 チップ部品を多用せずに済み、グイボンドの数を減すこ
とのできるマイクロ波パッケージを提供する事が本発明
の目的である。

に）構　成 Ａｌ２Ｏ３の上ではなく、本発明に於ては、平坦な金属
板の上に誘電体薄膜、金属電極を形成して、所望の数、
容量のコンデンサアレイを作る。コンデンサアレイは、
セラミックパッケージ本体と、ＦＥＴチップ、配線を設
けるセラミックの中間の空間に設ける。セラミックパッ
ケージの配線と、内側のセラミックの配線、ＦＥＴチッ
プなどとコンデンサアレイは、ワイヤによって電気的に
接続される。

図面によって説明する。

第１図は本発明を説明するためのマイクロ波パッケージ
の一例を示す平面図、第２図はそのｎ　−■断面図であ
る。

パッケージの主体をなすものは、金属基板１である。こ
れは、熱伝導率が高＜、シかもこの上に接合されるセラ
ミックと、熱膨脹率の近似したものが望ましい。たとえ
ば、銅タングステン合金とする。この他に銅モリブデン
（Ｃｕ−Ｍｏ）、銅タングステンモリブデン（Ｃｕ−Ｗ
−Ｍｏ）合金などを金属基板１とする事ができる。

矩形であって穴のない金属製の基板である。

金属基板１の裏面はＡｕメツキすることとしてもよい。

金属基板１の上には、外セラミック板２、内セラミック
板３、セラミック枠４などが設けられる。

外セラミック板２は、中央が矩形状に切欠かれたＡｌ２
Ｏ３などのセラミック板である。これを金属基板１の上
に取りつけると、中央に矩形状のキャビティが生ずる。

外セラミック板２の下面には、導体面１４が形成される
。銀ろう１８によって、導体面１４が金属基板１へろう
付けされる。

外セラミック板２の上面には外縁から中央のキャビティ
２２に至る、何本かのメタライズ配線１３が形成されて
いる。これはたとえばＡｕメツキｔζよって形成する。

或はタングステン、ニッケルの被膜を厚膜印刷し、その
上にＡｕ層を形成することもできる。

メタライズ配線１３のうち、何本かは信号伝送用の配線
である。残りは、電源、グランド用の配線である。

外セラミック板２の上面には、セラミック枠４が接着さ
れる。これは、後に、セラミック蓋を取付けるための枠
である。

メタライズ配線１３の外縁にｔｉｔ、、　　リードフレ
ーム５がろう付けされる。リードフレーム５のうち、い
くつかは信号用、他は電源・グランド用のリードフレー
ムである。

キャビティ２２の中央には、高純度アルミナなどよりな
る内セラミック板３が取付けられる。これは上面が平坦
でなければならない。

内セラミック板３の上面には、信号メタライズ配線２４
、電極１２、薄膜抵抗１１などが形成されている。

信号メタライズ配線２４、電極１２などの数や寸法は、
ここに搭載すべき半導体チップ１０の数や端子配置によ
って任意に決定される。

ただし、信号メタライズ配線２４は、グランド面となる
金属基板１との間に生じる容量、誘導より決まる特性イ
ンピーダンスが所定のインピーダンスに等しくなるよう
に線幅などが決定される。

信号メタライズ配線２４、電極１２などは、　Ａｕ／Ｎ
ｉ／Ｗの厚膜印刷としてもよいし、単にメツキにζよる
Ａｕ層だけとしてもよい。

薄膜抵抗１１は、たとえばＮｉ−Ｃｒ薄膜を蒸着法によ
って作る。抵抗値は、薄膜の厚さ、幅によって任意に設
定することができる。薄膜抵抗を用いる事は、第４図の
回路に於ても提案されている。

内セラミック板３の上には、マイクロ波を取扱うＦＥＴ
％ＦＥＴを集積した集積回路などの半導体チップ１０が
ダイボンドされる。

本発明の特徴ある部分は、内セラミック板３と、外セラ
ミック板２の中間に、　ＭＩＭ構造よりなるコンデンサ
アレイ６を設けたというところである。

コンデンサアレイ６は、金属板７の上に高誘電率の薄膜
を形成し、その上に、所望寸法、大きさの電極９を設け
たものである。

金属板７の裏面は、例えばＡｕメツキ１６Ｌ、Ａｕ−５
ｉ１７によって、金属基板１の上にろう付けする。

第２図は厚み方向に拡大した断面図である。金属板７は
上下に厚く書かれているが、実際は薄い金属板である。

金属板７の上に、高誘電率の薄膜を設けるわけであるが
、これは例えばＴａ２０５膜を１μｍ〜１０μｍ設ける
ものとする。

金属板７としては、Ｆｅ　ｌ−Ｎｉ合金、Ｆｅ　−Ｎｉ
　−Ｃ。

合金、ＭＯｌＷ、　Ｃｕ−Ｗ合金、Ｃｕ−Ｍｏ合金、Ｃ
ｕ−Ｗ−Ｍｏ合金などを用いる事ができる。

金属板７は、誘電体薄膜との熱膨脹率の不整合性を極力
小さくしなければならない。熱膨脹率をＴａ２０５薄膜
と整合させるため、上記の金属、又は合金が選ばれる。

熱膨脹率が整合していれば、薄膜コンデンサの信頼性を
向上させることができる。

誘電体として、Ｔａ２０５が最も適している。これは、
誘電率が高いという事がひとつの重要な理由である。ｌ
　ＧＨｚ以上の周波数に対して、比誘電率は２５〜３０
である。

誘電率が高いので、比較的狭い面積で、大きい容量を得
る事ができる。またＴａ２０５は、高周波特性が良好で
ある。

Ｔａ２０５の薄膜はスパッタリング法で形成する。

電極にＴａ金属を貼りつけ、Ａｒ、　０２雰囲気でスパ
ッタリングする事ができる。あるいは、Ｔａ２０５の板
を電極につけておきＡｒガス雰囲気でスパッタリングす
る事もできる。

金属板７は研磨してできるだけ平坦にしておく。

しかし、多少の凹凸があっても、凹の部分にもＴａ２０
５の被覆を形成させる事ができる。

Ｔａ２０５の被覆の厚さが１μｍ程度であっても、上下
の金属が短絡しないようにする事ができる。

誘電体薄膜８は、金属板７の全面に作るが、この上に、
分離された電極９を作成する。たとえば、１μｍ厚さの
ｌｍｍＸ１ｍｍのＡＩ！電極をスパッタリングによって
形成する。

金属板７、金属基板１はグランド電位になるから、金属
板７　％　Ｔａ２０５薄膜８、電極９によってコンデン
サが措成される。

したがって分離された電極９の数だけのコンデンサが作
製される。

コンデンサを、電源のバイパスコンデンサとして使用す
る場合には少なくとも４０　ｐＦ必要である。

バイパスコンデンサであるから容量は大きいほどよい。

しかし、大容量にしようとすると電極９が広くなり過ぎ
るので不適当である。そこで、コンデンサ容量は４０〜
２００　ｐＦとする。

たとえば、厚さｄを２μｍ、電極面積をｌｍｍＸ１ｍｍ
として、ε＝３０とすると、容量は１３０ｐＦとなる。

厚さｄを６μｍとすると、容量は下限の４０ｐＦに近い
値となる。厚さｄを２μｍ、電極を１．２　ｍｍ　Ｘ　
１．２　ｍｍ、　　ε＝３０とすると、容量は約２００
　ｐＦとなる。

図示した例では、金属板７の上にＴａ２０５薄膜を作っ
ておき、金属板７を基板１の上へろう付けしている。

しかし、これに限らず、金属基板１の上へ誘電体薄膜と
電極９とを形成してもよい。

（６）実施例 Ｃｕ−Ｗ合金の１０１０ｍｍＸ１０角形の金属基板１の
上に、同じ外形（１０ｍｍ　Ｘ　Ｌｏａｍ）の外セラミ
ック板（ＡｌｚＯａ　）を付けた。導体面１４はＡｕメ
ツキとし、銀ろう１８で金属基板１へ取付けた。

スルーホール１５により、金属基板１とグランドメタラ
イズ配線とをつなぐ。これにより金属基板１はグランド
となる。

コンデンサを作るべき金属板７は、６ｍｍＸ１．５ｍｍ
のＦｅ　−Ｎｉ板とした。

この板の下面にＡｕメツキ１６し、上面にＴａ２０５を
スパッタリング法により２μｍの厚さに薄膜形成した。

この上にＡＪをスパッタリング法により付けて、１μｍ
厚さで１ａｍＸ１ｍｍの角形電極を５つずつ形成した。

このコンデンサアレイ６をＡｕ−３ｉ１７で金属基板１
にろうづけした。メタライズ配線１３とコンデンサ電極
９とをＡｕワイヤ２０でボンディングした。

次に、マイクロ波用のＦＥＴチップを２個、内セラミッ
ク板３の上に、Ａｕ−３ｎ１９で接合した。さらに、Ｆ
ＥＴチップと配線、コンデンサ電極との間をＡｕワイヤ
で接続した。

２つのＦ’ＥＴをパッケージに収容する場合を比較する
と、第３図の金属パッケージの場合、ダイボンディング
点数は１５箇所あった。ところが本発明の場合は、ダイ
ボンディング点数は４箇所である。

ダイボンディングの回数を大幅に減す事ができる。

（９）効　果 金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）構造よりなるコンデンサ
アレイをパッケージの中に作ってしまうので、個々にチ
ップコンデンサをダイボンドする必要がなくなる。

ボンディング点数を減す事ができるので、組立て工数を
節減する事ができる。マイクロ波デバイスのコストダウ
ンに有効である。

微小な面積を使ってコンデンサを作製できるので、チッ
プコンデンサを多用しなければならない従来のパッケー
ジに比べて、小型化が可能となる。

このように、マイクロ波用デバイスのパッケージとして
本発明は有用である。

デバイスそのものの小型化が可能になるので、今後、ま
すますニーズが増大するものと思われる高周波化への対
応が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一例を示すパッケージの平面図。 第２図は第１図のｕ−ｎ断面図。 第３図は従来例にかかる金属パッケージの一例を示す平
面図。 第４図は既に提案されているセラミツ１．クパッケージ
を使うマイクロ波用パッケージの一例を示す平面図。 １・・・・・・金属基板 ２・・・・・・外セラミック板 ３・・・・・・内セラミック板 ４・・・・・・セラミック枠 ５・・・・・・リードフレーム ６・・・・・・コンデンサアレイ ７・・・・・・金属板　゛ ８・・・・・・Ｔａ２０５薄膜 ９・・・・・・電　極 １０・・・・・・半導体チップ １１・・・・・・薄膜抵抗 １２・・・・・・電　極 １３・・・・・・メタライズ配線 １４・・・・・・導体面 １５・曖・・・・スルーホール １６・・・・・・Ａｕメツキ ｌ　７　　−・・・・−　　Ａｕ　　−　Ｓｉ１８・・
・・・・銀ろう １９　　・・−　　・−　　Ａｕ　−　Ｓｎ２０、２１
・・・・・・ワイヤ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）矩形の金属基板１と、中央に矩形の開口があり開
   口から外縁に至るメタライズ配線を有し金属基板１の上
   に設けられる外セラミック板２と、外セラミック板２の
   メタライズ配線の外縁に取付けられるリードフレーム５
   と、外セラミック板２の上に設けられ蓋板を取付けるた
   めのセラミック枠４と、外セラミック板２の中央の開口
   に於て金属基板１の上にとりつけられ薄膜抵抗１１とメ
   タライズ配線２４とを備えマイクロ波用半導体チップが
   取付けられるべき内セラミック板３と、内セラミック板
   ３と外セラミック板２の中間に於て金属基板１に接合さ
   れた金属板７と、金属板７の上に形成される誘電体薄膜
   と、誘電体薄膜の上に形成され互に分離した電極９とを
   有し、金属板７、誘電体薄膜、電極９が金属−絶縁体−
   金属型のコンデンサを形成する事を特徴とするマイクロ
   波パッケージ。
2. （２）金属板７がＦｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合
   金、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ−Ｗ合金、Ｃｕ−Ｍｏ合金、Ｃｕ−
   Ｗ−Ｍｏ合金である事を特徴とする特許請求の範囲第（
   １）項記載のマイクロ波パッケージ。
3. （３）誘電体薄膜がＴａ＿２Ｏ＿５薄膜である事を特徴
   とする特許請求の範囲第（２）項記載のマイクロ波パッ
   ケージ。
4. （４）前記コンデンサの容量が４０ｐＦ〜２００ｐＦで
   ある事を特徴とする特許請求の範囲第（３）項記載のマ
   イクロ波パッケージ。
5. （５）前記コンデンサがアレイ状に形成されている事を
   特徴とする特許請求の範囲第（４）項記載のマイクロ波
   パッケージ。
6. （６）矩形の金属基板１と、中央に矩形の開口があり開
   口から外縁に至るメタライズ配線を有し金属基板１の上
   に設けられる外セラミック板２と、外セラミック板２の
   メタライズ配線の外縁に取付けられるリードフレーム５
   と、外セラミック板２の上に設けられ蓋板を取付けるた
   めのセラミツク枠４と、外セラミック板２の中央の開口
   に於て金属基板１の上にとりつけられ薄膜抵抗１１とメ
   タライズ配線２４とを備えマイクロ波用半導体チップが
   取付けられるべき内セラミック板３と、内セラミック板
   ３と外セラミック板２の中間の空間に於て金属基板１の
   上に形成された誘電体薄膜と、誘電体薄膜の上に形成さ
   れ互に分離された電極９とを有し、金属基板１、誘電体
   薄膜、電極９が金属−絶縁体−金属型のコンデンサを形
   成する事を特徴とするマイクロ波パッケージ。